量子密鑰分配(QKD)自提出以來在理論研究和實驗實現(xiàn)方面都已取得了長足的發(fā)展。理想條件下,已經(jīng)證明它是無條件安全的,但是在實際條件下,QKD系統(tǒng)使用的實際器件存在一定的缺陷,因此需要分析這些實際缺陷對QKD系統(tǒng)安全性帶來的影響。目前,實際QKD系統(tǒng)中廣泛使用的是誘騙態(tài)QKD方案,最初的誘騙態(tài)QKD方案是主動誘騙態(tài)QKD方案,它需要的“主動”調(diào)制會引入一定的邊信道信息,給QKD系統(tǒng)的安全性帶來隱患,而被動誘騙態(tài)QKD方案擁有比主動誘騙態(tài)方案更高的安全性和更小的實現(xiàn)復(fù)雜度,因此研究被動誘騙態(tài)方案的實際安全性具有重要意義。本文對光源強度漲落、密鑰有限長和調(diào)制器衰減這三個非理想特性進行分析,研究了這三個條件下基于弱相干態(tài)(WCP)光源的被動誘騙態(tài)方案的實際安全性,主要的研究工作如下：1.光源強度漲落條件下基于WCP光源的被動誘騙態(tài)QKD方案的安全性研究。本文描述了用于被動誘騙態(tài)QKD協(xié)議的WCP光源模型,通過引入光源強度漲落參數(shù)δ,刻畫了光子數(shù)分布概率的變化范圍,分別給出了強度漲落條件下的單光子計數(shù)率的下界和單光子誤碼率的上界,得到了強度漲落條件下的密鑰生成率。通過數(shù)值模擬,給出了強度漲落條件下密鑰生成率與傳輸距離的關(guān)系。模擬結(jié)果表明光源強度漲落條件下,被動誘騙態(tài)方案的密鑰生成率和最大傳輸距離優(yōu)于主動二強度(one decoy)誘騙態(tài)方案,與主動三強度(vacuum+weak)誘騙態(tài)方案接近。在光強漲落穩(wěn)定性上,被動誘騙態(tài)方案優(yōu)于主動二強度、三強度誘騙態(tài)方案。2.密鑰有限長條件下基于WCP光源的被動誘騙態(tài)QKD方案的安全性研究。本文基于WCP光源模型,分別給出了有限長條件下信號態(tài)與誘騙態(tài)的單光子計數(shù)率的下界、單光子誤碼率的上界和相位誤碼率,進而利用信息論中平滑熵的相關(guān)理論,給出了密鑰有限長時本文方案的密鑰生成率下界。數(shù)值模擬結(jié)果表明當(dāng)脈沖總數(shù)為1010時,本文方案的密鑰生成率和傳輸距離都趨近于理論極限,說明在密鑰有限長條件下本文研究的方案也具有較優(yōu)的性能。并且,通過數(shù)值模擬給出了固定脈沖總數(shù)條件下,參數(shù)估計選取概率不同時,密鑰生成率與傳輸距離的關(guān)系,從而確定本文方案性能最優(yōu)時,參數(shù)估計選取概率的大小,為基于本文方案的工程實現(xiàn)提供理論指導(dǎo)。3.調(diào)制器衰減條件下基于WCP光源的被動誘騙態(tài)QKD方案的安全性研究。本文針對相位編碼QKD系統(tǒng),基于兩個安全性等價的模型刻畫了非平衡干涉環(huán)中調(diào)制器的衰減,一個是理想調(diào)制器和衰減器模擬實際的相位調(diào)制器,一個是虛擬光源和虛擬酉變換模擬非平衡干涉環(huán)�；诒疚氖褂玫腤CP光源模型,引入調(diào)制器衰減度參數(shù)φ,基于上述兩個模型建立了光子通過率與衰減參數(shù)φ的函數(shù)關(guān)系,隨后分別得到了對應(yīng)的發(fā)送方與接收方的光子通過率,進而得到相應(yīng)的安全密鑰率。數(shù)值模擬結(jié)果表明,基于虛擬光源和虛擬酉變換模型得到密鑰生成率和最大傳輸距離都要優(yōu)于另一個模型。而且調(diào)制器衰減程度相同時,被動誘騙態(tài)方案優(yōu)于主動二強度誘騙態(tài)方案,與主動三強度誘騙態(tài)方案十分接近。
【學(xué)位單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN918.4
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 引言
第二章 基礎(chǔ)知識
    2.1 量子密鑰分配安全性的量子力學(xué)基礎(chǔ)
        2.1.1 量子態(tài)測量塌縮理論
        2.1.2 Heisenberger測不準原理
        2.1.3 量子不可克隆原理
        2.1.4 單光子不可再分理論
    2.2 量子密鑰分配協(xié)議
        2.2.1 BB84協(xié)議
        2.2.2 設(shè)備無關(guān)量子密鑰分配協(xié)議(DI-QKD)
        2.2.3 誘騙態(tài)量子密鑰分配協(xié)議(Decoy state QKD)
    2.3 本章小結(jié)
第三章 光源強度漲落條件下被動誘騙態(tài)方案的安全性
    3.1 用于被動誘騙態(tài)方案的弱相干態(tài)光源模型
    3.2 基于WCP光源的被動誘騙態(tài)方案在無強度漲落條件下的安全性
    3.3 基于WCP光源的被動誘騙態(tài)方案在強度漲落條件下的安全性
    3.4 數(shù)值模擬
    3.5 本章小結(jié)
第四章 密鑰有限長條件下被動誘騙態(tài)方案的安全性
    4.1 密鑰無限長條件下被動誘騙態(tài)方案的安全性
    4.2 密鑰有限長條件下被動誘騙態(tài)方案的安全性
    4.3 數(shù)值模擬
    4.4 本章小結(jié)
第五章 調(diào)制器衰減條件下被動誘騙態(tài)方案的安全性
    5.1 非平衡干涉環(huán)的具體結(jié)構(gòu)及分析
        5.1.1 非平衡干涉環(huán)的具體結(jié)構(gòu)
        5.1.2 非平衡干涉環(huán)的分析
    5.2 虛擬光源與虛擬酉變換分析方法
        5.2.1 虛擬光源與虛擬酉變換
        5.2.2 被動誘騙態(tài)方案在調(diào)制器衰減條件下的安全性
    5.3 數(shù)值模擬
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻
作者簡歷

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1 焦榮珍;張_(;馬海強;;基于實用光源的誘惑態(tài)量子密鑰分配研究[J];物理學(xué)報;2011年11期

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